Кинематической вязкостью называется отношение динамической вязкости к плотности

ν= μ/ρ (1.16).

Кинематическую вязкость легко измерить с помощью приборов-вязкозиметров.

Единица кинематической вязкости с системе СИ - 1 м²/с, например, вода при t = 20°С имеет кинематическую вязкость 10^-6 м²/с.

В системе СГС единица измерения кинематической вязкости равна 1 см²/с и называется Стокс(Ст) в честь английского ученого Стокса, сотая доля стокса называется сантиСтоксом (сСт).

 

Размерность Ед. кинематической вязкости
Система	Перевод
СИ	СГС
1 м2/с	1 см2/с	СИ → СГС	1 м2/с = 104 см2/с (Ст)

Рабочая жидкость на минеральной основе МГ-30 имеет вязкость при t = 20°С равную 150 сСт = 1,5Ст = 1,5 см²/с = 1,5е^-4 м²/с.

Вязкость капельных жидкостей при увеличении температуры уменьшается.Вязкость газов, с увеличением температуры возрастает. Объясняется это различием молекулярного строения. В жидкостях при повышении температуры возрастает кинетическая энергия колебательных движений молекул, учащаются их перескоки, облегчается сдвиг слоев и уменьшается вязкость.

В газах вязкость обусловлена, главным образом, беспорядочным тепловым движением молекул, интенсивность которого увеличивается с повышением температуры. Поэтому вязкость газов с увеличением температуры возрастает. При уменьшении вязкости теряется смазывающая способность рабочей жидкости. Интенсивнее происходит износ, увеличиваются силы трения, трущиеся поверхности насосов и подшипников нагреваются, что может привести к авариям.

Рис.1.6 Зависимость кинематической вязкости от температуры

С увеличением давления вязкость большинства жидкостей возрастает.

Например, если вязкость воды при давлении 1 атм и 20ºС принять за единицу, при той же температуре и давлении 100 МПа она вырастет в 4 раза.

6.12.1. Вязкозиметр, измерение вязкости. Наиболее распространенным устройством для измерения вязкости является вискозиметр Энглера, который представляет собой цилиндрический сосуд, емкостью 200 см³, окруженный водяной ванной определенной температуры с насадком, диаметром 1 мм, встроенным в дно.

Для измерения вязкости приняты градусы Энглера (°Е), которые представляют собой показания вискозиметра при 20, 50 и 100°С и обозначаются соответственно °E20;°E50 и °E100. Градус Энглера, назван по имени немецкого химика Энглера, у нас он называется « внесистемная единица условной вязкости жидкостей или градус ВУ». Значение вязкости в градусах Энглера, например, °E20 есть отношение времени истечения tж через отверстие насадка диаметром 1 мм, объема жидкости 200 см³ к времени истечения такого же количества дистиллированной воды, время истечения воды tвод = 51,6 с при 20 °С.

1 °E20 = tж/tвод.

Для пересчета градусов Энглера в стоксы для минеральных масел применяют формулу

υ =0,07З*(°Е) — 0,063/(°Е) (Стокс) (1.17).

Неньютоновскими жидкостями называются такие, у которых смещение слоев не пропорционально действующей на слои силе, а коэффициент динамической вязкости зависит от относительного смещения.

Рис.1.7 Характеристики Ньютоновских а),б) и Неньютоновских с) жидкостей. S – смещение слоев, μ – динамический коэффициент вязкости, F – сила трения.

У неньютоновских жидкостей динамический коэффициент вязкости при действиисилы и сдвиге слоев сдвиге непостоянен. Три основных типа неньютоновских жидкостей: псевдо-пластичные, липкие, пластичные.

У псевдо-пластичных коэффициент вязкость при увеличении смещения уменьшается. К ним относят: жидкое мыло, краска, смазка и большинство эмульсий. Они не представляют сложной задачи при перекачке, так как при перемещении они становятся текучими.

У липких жидкостей коэффициент вязкости увеличивается при увеличении смещения. Пример: глинистая смесь(бетонит), расплавленная карамель. При перекачке таких жидкостей следует учитывать, что при большой величине смещения, перекачка может стать малотекучей. Обычно используют насос с заведомо большой производительностью и большим размером рабочей камеры и проточных частей, для снижения величины смещения.

У пластичных жидкостей коэффициент вязкости снижается при увеличении смещения, первоначальное смещение требует приложения большой силы, которая определяется свойствами материала, пример - томатная паста. Жидкости подобного типа не представляют проблем при перекачке их поведение схоже с поведением псевдо-пластичного типа жидкостей.

Вязкость некоторых неньютоновских жидкостей зависит от времени. Жидкость, вязкость которой снижается с течением времени при заданной величине смещения, называется тексатропной. Примеры: асфальт, клей, краска. Жидкости, вязкость которых увеличивается со временем, называются загущающимися, например, сгущенка.

6.13. Испарение и кипение. Переход жидкости в пар называется испарением, а обратный переход — конденсацией.

Если объем пространства над жидкостью достаточно велик и температура повышается, испарение продолжается до исчезновения жидкости (выкипание чайника). Если объем недостаточно велик, часть молекул жидкости конденсируется и возвращается в жидкое состояние и испарение продолжается до наступления динамического равновесия, когда число испаряющихся и конденсирующихся молекул выравниваются. В окружающем жидкость пространстве устанавливается давление, называемое давлением насыщенных паров Рн.п.

Показатель испаряемости жидкости - температура кипения при нормальном атмосферном давлении, чем выше температура кипения, тем меньше испаряемость жидкости.

Чем больше давление насыщенных паров при данной температуре, тем больше испаряемость жидкости. На рис.1.8 показано изменение давления насыщенных паров в функции температуры. При температуре 60°С давление насыщенных паров для воды составляет 0,04 МПа, для керосина – 0,02МПа. Значит, газа выделилось над водой больше, чем над керосином. С увеличением температуры давление Рн.п. увеличивается.

Рис.1.8 Зависимость давления насыщенных паров от температуры. 1- бензин, 2-спирт, 3 – вода, 4 – керосин.

Для жидкостей, содержащих растворенный воздух и воду, давление Рн.п. зависит не только от физико-химических свойств и температуры, но и от соотношения объемов жидкой и паровой фаз.

Давление насыщенных паров возрастает с увеличением объема занятого жидкой фазой. Максимально возможный в рабочей жидкости вакуум ограничен при данной температуре давлением насыщенных паров: Р_вмакс = Р_ат – Р_нп.

6.14. Растворимость газов в жидкостях характеризуется количеством растворенного газа в единице объема жидкости, различна для разных жидкостей и изменяется с увеличением давления.

Относительный объем газа, растворенного в жидкости до ее полного насыщения, можно считать по закону Генри прямо пропорциональным давлению, т. е.

Vг = k*Vж* (P/P₀), (1.18)

где Vг — объем растворенного газа, приведенный к нормальным условиям, (Р₀, Т₀); Vж — объем жидкости; k — коэффициент растворимости; Р —давление жидкости.

Коэффициент k имеет следующие значения при 20 °С: для воды 0,016, для керосина 0,13, для минеральных масел 0,08 — 0,1. Например, объем 200 дм³ минерального масла при давлении 10МПа и начальном давлении может 0,1МПа содержать до 0,1*0,2*(10/0,1)=2м³ растворенного воздуха.

При понижении давления выделяется растворенный в жидкости газ, причем интенсивнее, чем растворятся в ней. Это явление может отрицательно сказываться на работе гидросистем.

6.15. Смазывающая способность – свойство жидкости обеспечивать наименьшее трение и износ металлических поверхностей деталей под нагрузкой. При пуске механизмов или при разрыве несущего слоя масляной пленки, неровности соприкасающихся деталей контактируют друг с другом, возникают значительные силы трения, если смазывающая способность не будет обеспечена. Оценка смазывающей способности затруднительна, но принимается во внимание при конструировании изделий гидравлики.

Основные свойства газов

При большом давлении газы могут быть сжаты до очень малого объема. Если предоставить газу больший объем, происходит рас­ширение газа, он заполняет все предоставленное пространство и его давление уменьшается. В остальном пове­дение газов сходно с поведением жидкостей: в состоянии покоя они, подобно жидкостям, не оказывают никакого сопротивления дефор­мации, а при перемещениях тел в газах, как и в жидкостях, проявляется вязкость.

Наиболее применяемым в технике газом является атмосферный воз­дух. Ат­мосферный воздух находится на поверхности земли под постоянным давлением приблизительно равным 1кг/см². Это давление называетсятехнической атмосферой. Физическая атмосфера,соот­ветствует среднему давлению воздуха на уровне моря и равную 1,0332 кг/см ², давлению столба ртути высотой 760 мм. С увеличением высоты над поверхностью земли давление воздуха понижается.

Идеальным называется газ, взаимодействие между молекулами которого мало. При большом разряжении всякий реальный газ близок к идеальному газу. Некоторые газы: воздух, азот, кислород при обычных условиях: при атмосферном давлении и комнатной температуре мало отличаются от идеального газа. Близки к идеальному свойства гелия и водорода.

При небольших плотностях газы подчиняются закону Клайперона

(1.19)

По закону Авогадро моли всех газов при температуре 0ᵒС и давлении 1 кг/см² имеют одинаковый объем 22,4 л/моль. Если количество газа будет равно одному молю, константа R будет постоянна.

Количество газа m большее одного моля M будет занимать больший объем V=ν*Vм, ν =m/M и уравнение состояния идеального газа для массы М

(1.20)

Отношение массы газа к занимаемому объему это плотность ρ=m/V

Плотность идеального газа (1.21)

Связь параметров газа при постоянной температуре - изотермический закон Бойля-Мариота

(1.22)

Объем газа зависит также от температуры. Гей-Люссак нашел, что повышение температуры на 1°С влечет за собой увеличение объема газа на 1/273 объема, который этот газ занимает при 0°С при условии, что давление газа при изменении температуры остается постоянным.

Закон Гей-Люссака

, (1.23)

где V₀ - объем газа при 0°С, T - температура в градусах Цельсия, α - коэффициент расширения.

В уравнение (2) давление не входит, так как оно при обоих срав­ниваемых состояниях газа одинаково. Можно связать между собой уравнения (1.22) и (1.23)

(1.24)

В уравнении (3) p₀означает произвольное, фик­сированное начальное давление, а V₀ — объем, соответствующий на­чальному давлению р₀ и температуре 0°С.

Закон (3) называют уравнением состояния идеальных газов, так как оно связывает друг с другом три величины, определяющие состо­яние газа: давление, объем и температуру.

Реальные газы ведут себя несколько иначе, однако при обычных плотностях отклонения от урав­нения (3) незначительны. Эти отклонения делаются заметными только при сильном сжатии газа и в особенности тогда, когда темпера­тура газа настолько понижена, что начинается сжижение.

Из уравнения (1)следует, что при чрезвычайно большом сжатии объем газа становится сколь угодно малым. Однако существует предельный объем V’, до которого может быть сжат газ. При таком давлении в объеме газа молекулы расположены наиболее тесным образом.

(1.25)

где V’ – предельный объем. Вычисляя из этого уравнения для любого значения р соответствующий которому объем V, всегда будем получать значения большие, чем V’, в тех случая когда V>>V’ действие законов неотличимо.

При сжатии газа выделяется теплота и закон Бойля –Мариотта, выведенный в предположении постоянной температуры, будет выполняться только в том случае, если после сжатия газу будет предоставлено достаточно времени, чтобы принять температуру окружающей среды. При расширении газу нужно время, чтобы возместить потерянное тепло. В термодинамике доказывается, что если при расширении или сжатии не происходит теплообмена с окружающей средой, что имеет место при очень быстром сжатии или охлаждении, уравнение () должно быть заменено уравнением

,

где для сухого воздуха показатель степени равен η=1,4 для воздуха, для других газов он близок к этому значению.